(57)【要約】  センサ基板は、基材と、基材の上面に設けられた複数の繊維状突起物とを備える。複数の繊維状突起物は、基材の上面に固定された複数の固定端と、複数の固定端の反対側の複数の自由端とをそれぞれ有する。複数の繊維状突起物は、複数の繊維状突起物の複数の固定端が位置する固定端側領域と、複数の繊維状突起物の複数の自由端が位置する自由端側領域とを形成する。固定端側領域に比べて自由端側領域において複数の繊維状突起物の液体に接する総表面積がより小さい。このセンサ基板は高い検出精度を有する。
2011142109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面を有する基材と、
前記基材の前記上面に設けられた複数の繊維状突起物と、
を備え、
前記複数の繊維状突起物は、前記基材の前記上面に固定された複数の固定端と、前記固定端の反対側の複数の自由端とを有し、
前記複数の繊維状突起物は、前記複数の繊維状突起物の前記複数の固定端が位置する固定端側領域と、前記複数の繊維状突起物の前記複数の自由端が位置する自由端側領域とを形成し、
前記固定端側領域に比べて前記自由端側領域において前記複数の繊維状突起物の液体に接する総表面積がより小さい、センサ基板。
【請求項２】
前記複数の繊維状突起物間の間隔が前記固定端側領域に比べて前記自由端側領域においてより広い、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項３】
前記固定端側領域に比べて前記自由端側領域において前記複数の繊維状突起物の平均径がより大きい、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項４】
前記複数の繊維状突起物の総表面積は前記自由端側領域に比べて前記固定端側領域においてより大きい、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項５】
前記固定端側領域において前記複数の繊維状突起物は網目形状に配置されている、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項６】
前記固定端側領域に比べて前記自由端側領域において前記液体の拡散速度がより大きい、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項７】
前記自由端領域の幅は前記複数の自由端から前記複数の固定端までの長さの２分の１以下である、請求項６に記載のセンサ基板。
【請求項８】
前記複数の繊維状突起物はシリコン酸化物からなる、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項９】
前記複数の繊維状突起物はアモルファスの二酸化珪素からなる、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項１０】
前記複数の繊維状突起物は前記基材の前記上面に直接接合している、請求項１に記載のセンサ基板。
【請求項１１】
上面を有する基材と、
前記基材の前記上面に設けられた複数の繊維状突起物と、
を備え、
前記複数の繊維状突起物は、前記基材の前記上面に固定された複数の固定端と、前記複数の固定端の反対側の複数の自由端とをそれぞれ有し、
前記複数の繊維状突起物は、前記複数の繊維状突起物の前記複数の固定端が位置する固定端側領域と、前記複数の繊維状突起物の前記複数の自由端が位置する自由端側領域とを形成し、
前記複数の繊維状突起物の周辺における空隙率が前記自由端側領域に比べて前記固定端側領域においてより低い、センサ基板。
【請求項１２】
前記基材には前記上面から下面まで貫通する複数の貫通孔が形成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサ基板。
【請求項１３】
アレイ状に配置された複数のセンサ基板を備え、
前記複数のセンサ基板のうちの少なくとも１つは請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のセンサ基板である、アレイ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ解析、プロテイン解析等に用いられるフィルターなどに用いられるセンサ基板及びそれを用いたＤＮＡアレイ基板、プロテインアレイ基板等のアレイ基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサ基板の一例として、創薬開発、臨床診断等、医学薬学の分野において、遺伝子解析、一塩基多型（ＳＮＰｓ）分析、物質間相互作用解析などの様々な解析において、アレイ基板が活用されている。【０００３】
アレイ基板は、主にバイオアレイ基板として用いられ、予め相互作用を引き起こす場となる反応場が形成される領域を有する複数のセンサ基板を備える。それらのセンサ基板はアレイ状に配置されている。それらの反応場毎に目的となる検出用物質をそれぞれ固定した後、試料となる溶液を滴下する。これにより、検出用物質と試料中に含有されている標的物質との間の相互作用を進行させ、蛍光強度などによりその相互作用の度合いを検出することで解析を行うことができる。【０００４】
センサ基板においては検出用物質の検出感度の向上のために、検出用物質と相互作用が発生する反応場における相互作用強度を上げる必要がある。一方、センサ基板上に反応場を形成するためには、検出用物質と選択的に結合するプローブ物質をセンサ基板の表面に吸着させておく方法が広く行われている。そして、反応場における相互作用強度を上げるための一つの手段として、センサ基板の表面に吸着させるプローブ物質の量を増やす、つまり単位面積あたりのプローブ量を増やすことが必要である。しかしながら、単位面積あたりに吸着できるプローブ量には限界がある。さらに相互作用強度を上げる手段として、センサ基板に表出する表面積を増やす方法がある。すなわち、反応場となるセンサ基板の表面を粗面化、多孔質化する、またはセンサ基板上にアガロース、ニトロセルロース、ガラス繊維などのポーラス材料を貼り付けることで、表面積を増やすことができる。これらの方法により、センサ基板に表出する表面積が大きくなり、プローブ物質の吸着量が増えるので、反応場における相互作用強度が大きくなる。【０００５】
従来のセンサ基板では、液体が浸透するスポット径が広がってしまったり、液滴がはじかれてしまったりすることによって正確な解析が出来ず、結果として検出精度が低下する場合がある。【０００６】
なお、上記の従来のセンサ基板と類似するセンサ基板が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０２０４１２号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明のセンサ基板は、基材と、基材の上面に設けられた複数の繊維状突起物とを備える。複数の繊維状突起物は、基材の上面に固定された複数の固定端と、複数の固定端の反対側の複数の自由端とをそれぞれ有する。複数の繊維状突起物は、複数の繊維状突起物の複数の固定端が位置する固定端側領域と、複数の繊維状突起物の複数の自由端が位置する自由端側領域とを形成する。固定端側領域に比べて自由端側領域において複数の繊維状突起物の液体に接する総表面積がより小さい。
【０００９】
このセンサ基板は高い検出精度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の実施の形態１におけるセンサ基板を備えたアレイ基板の上面斜視図である。
【図２】図２は図１におけるセンサ基板の線２−２における断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは実施の形態１におけるセンサ基板の要部拡大図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは図３Ａに示すセンサ基板の自由端側領域の要部拡大図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは図３Ａに示すセンサ基板の固定端側領域の要部拡大図である。
【図４】図４は図２に示すセンサ基板の線４−４における断面図である。
【図５】図５は図２に示すセンサ基板の線５−５における断面図である。
【図６】図６は実施の形態１における他のセンサ基板の断面図である。
【図７】図７は実施の形態２におけるセンサ基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるアレイ基板１００１の上面斜視図である。アレイ基板１００１は、シリコンからなる基板１と、基板１上にアレイ状に配置された複数のセンサ基板１００２とを備える。センサ基板１００２は反応場を有する。
【００１２】
図２は図１に示すアレイ基板１００１（センサ基板１００２）の線２−２における断面図である。センサ基板１００２の辺の長さ又は直径は１００μｍ〜３００μｍ程度である。センサ基板１００２は、シリコンからなる基材４４と、基材４４の上面１４４に直接接合する複数の繊維状突起物３とを備える。複数の繊維状突起物３は酸化珪素を主成分として含有する。「直接接合」とは、基材４４上に繊維状突起物３が直接形成され、基材４４と繊維状突起物３を構成する原子または分子が直接結合している状態を指し、この状態では通常は分子間が共有結合をしている。実施の形態１では、基材４４の表面（上面）１４４の珪素原子と繊維状突起物３中の珪素原子とが雰囲気中の酸素原子を介して共有結合している。
【００１３】
また、基材４４と繊維状突起物３とが接合する面には接着剤などを用いておらず、基材４４と繊維状突起物３を構成する原子または分子以外の材料は含まれていない。
【００１４】
基材４４は、単結晶シリコンからなるシリコン基板を用いたが、ほかに例えば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、ガラス等を用いることができる。
【００１５】
繊維状突起物３は、例えば酸化珪素を主成分としたシリコン酸化物からなり、好ましくはアモルファスの二酸化珪素からなる。繊維状突起物３の太さは０．０１μｍ〜１μｍ程度である。
【００１６】
繊維状突起物３は、基材４４の表面１４４に固定された固定端１０３と、固定端１０３の反対側の自由端２０３とを有する。複数の繊維状突起物３は、複数の固定端１０３が位置する固定端側領域９１と、複数の自由端２０３が位置する自由端側領域９２とを形成する。固定端側領域９１に比べて自由端側領域９２は基材４４の表面１４４からより遠くに位置する。固定端側領域９１には複数の自由端２０３は位置していない。自由端側領域９２には複数の固定端１０３は位置していない。
【００１７】
複数の繊維状突起物３は、複数の繊維状突起物３Ｂと、複数の繊維状突起物３Ｂより長い複数の繊維状突起物３Ａとを含む。
【００１８】
図３Ａから図３Ｃはセンサ基板１００２の要部拡大図であり、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるＳＥＭ写真である。図３Ｂは図３Ａに示すセンサ基板１００２の自由端側領域９２のＳＥＭ写真である。図３Ｃは図３Ａに示すセンサ基板１００２の固定端側領域９１のＳＥＭ写真である。
【００１９】
図４は図２に示すセンサ基板１００２の線４−４における断面図であり、自由端側領域９２における繊維状突起物３の断面図である。図５は図２に示すセンサ基板１００２の線５−５における断面図であり、固定端側領域９１における繊維状突起物３の断面図である。自由端側領域９２には長い繊維状突起物３Ａが主に存在する。固定端側領域９１には長い繊維状突起物３Ａと短い繊維状突起物３Ｂとが混在している。
【００２０】
固定端側領域９１での単位面積あたりの繊維状突起物３の数（繊維状突起物３Ａ、３Ｂの数の合計）である密度は、自由端側領域９２での単位面積あたりの繊維状突起物３Ａの数である密度より高い。実施の形態１によるセンサ基板１００２では、自由端側領域９２に存在する繊維状突起物３Ａの密度は１００００本／ｍｍ２より少なく、固定端側領域９１に存在する繊維状突起物３の数が１００００本／ｍｍ２より多いことが望ましい。したがって、固定端側領域９１に存在する繊維状突起物３の表面積の合計である総表面積（繊維状突起物３Ａ、３Ｂの総表面積）は、自由端側領域９２に存在する繊維状突起物３の総表面積に比べて大きくなる。したがって、固定端側領域９１に比べて自由端側領域９２において複数の繊維状突起物３の液体に接する総表面積がより小さい。
【００２１】
繊維状突起物３の間隔は、固定端側領域９１に比べて自由端側領域９２の方がより広い。実施の形態１によるセンサ基板１００２では、自由端側領域９２での複数の繊維状突起物３Ａの間の間隔は１μｍ以上であることが望ましい。一方で、固定端側領域９１での複数の繊維状突起物３間の間隔は１μｍ未満であることが望ましい。
【００２２】
上記構成により、固定端側領域９１に比べて自由端側領域９２における液体の拡散速度はより大きくなる。
【００２３】
複数の繊維状突起物３が存在するある領域において、複数の繊維状突起物３の周囲の複数の繊維状突起物３で占められていない部分の体積のその領域の体積に対する比を空隙率と定義する。自由端側領域９２の空隙率は固定端側領域９１の空隙率より高いことが望ましい。実施の形態１におけるセンサ基板１００２では、自由端側領域９２の空隙率は９０％以上であり、固定端側領域９１の空隙率は９０％未満である。
【００２４】
なお、繊維状突起物３Ａの径は、繊維状突起物３Ｂの径より大きいことが望ましい。実施の形態１におけるセンサ基板１００２では、繊維状突起物３Ａの径は１５０ｎｍ以上であり、繊維状突起物３Ｂの径は１５０ｎｍ未満である。径が大きいことにより単位面積あたりの複数の繊維状突起物３の数である密度は低くなって結果的に総表面積が小さくなる。径が小さいことにより複数の繊維状突起物の密度を実現しやすく結果的に総表面積が大きくなる。
【００２５】
なお、拡散速度の大きい自由端側領域９２の幅は、基材４４の表面１４４から繊維状突起物３Ａの自由端２０３Ａまでの高さの２分の１以下であることが望ましい。
【００２６】
複数の繊維状突起物３は、互いに絡み合うように密集し形成されていても、様々な方向へ枝分かれしていてもよい。繊維状突起物３が互いに絡み合い、複数の枝分かれをしていることで、複数の繊維状突起物３が強固に構成される。あるいは、複数の繊維状突起物３が互いに同方向に配向して形成されていてもよい。なお、基板１と基材４４とは生産性の観点から同一材料であることが望ましいが、樹脂からなる基板１に凹部を形成し、センサ基板１００２を配置させることも可能である。
【００２７】
次に実施の形態１によるセンサ基板１００２の製造方法を説明する。ここで述べる製造方法によって本発明の構成を制限するものではない。
【００２８】
まず、基材４４に複数の繊維状突起物３を形成する。
【００２９】
基材４４の表面１４４にＰｔをスパッタリングすることにより触媒層を成膜する。Ｐｔよりなる触媒層の膜厚は１ｎｍ〜２０ｎｍ程度が望ましい。この膜厚を制御することにより繊維状突起物３の径や成長速度を制御することができる。その後、温度１０００℃〜１２００℃、酸素分圧１Ｐａ〜１０００Ｐａの雰囲気で基材４４を熱処理することにより、触媒層が粒子化し、基材４４に繊維状突起物３を形成することができる。生産性や、繊維状突起物３の耐熱性を考慮すると、上記の熱処理では、温度１１００℃〜１２００℃、酸素分圧１０Ｐａ〜２００Ｐａの雰囲気で基材４４を熱処理することがより好ましい。
【００３０】
この熱処理においては、昇温過程での昇温速度を調整することにより、基材４４上に異なる大きさの粒子化された触媒を得ることができる。例えば、昇温速度が１０００℃／ｍｉｎ程度の場合、大きい粒子と小さい粒子を共に得ることができ、その結果として長さ方向の密度の差や、繊維状突起物３の径の差が発生する。このように、触媒層の厚さや昇温速度を調整することにより、長さ分布、密度の異なる繊維状突起物３を得ることができる。繊維状突起物３は基材４４の表面１４４のシリコンと、熱処理工程で供給される酸素ガスとを原料として形成される。したがって、基材４４の表面１４４と繊維状突起物３とが直接接合し、強固に結合する。
【００３１】
なお、触媒層を成膜する際にあらかじめ、大きさの異なる金属ナノ粒子を触媒として使用する場合であっても、長さ方向に密度の差、径の差を発生させることができる。
【００３２】
なお、繊維状突起物３は、上記熱処理工程における酸素ガスの拡散方向に沿うようにして形成することができる。酸素分圧が高いと複数の繊維状突起物３が互いに絡み合うように密集し、それぞれ縮れた形状となる。酸素分圧が低いと複数の繊維状突起物３が互いに同方向に配向した形状となる。
【００３３】
さらに、繊維状突起物３を形成する際に適宜酸素濃度を変更させることによって、長さ分布、密度差の異なる繊維状突起物３を得ることができる。例えば、まず低酸素濃度で長い繊維状突起物３Ａを成長させた後に、高酸素濃度に変更して短い繊維状突起物３Ｂを成長させることができる。あるいは、まず高酸素濃度で短い繊維状突起物３Ｂを成長させた後に、低酸素濃度に変更し長めの繊維状突起物３Ａを成長させることができる。
【００３４】
なお、シリコンからなる基材４４の表面１４４の一部に二酸化珪素からなる層を形成することにより、繊維状突起物３の形成を抑制することができる。二酸化珪素からなる層に触媒層を堆積させても、そこから繊維状突起物３は形成されない。
【００３５】
また、所望の位置のみに触媒層を形成することで、その位置のみに繊維状突起物３を形成することができる。
【００３６】
なお、触媒層にＰｔを用いたが、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ等であっても所望の形状を得ることができる。
【００３７】
なお、実施の形態１では、繊維状突起物３を形成する方法として、基材４４に触媒層を堆積させる方法を例に挙げたが、その他の方法であってもよい。例えば、繊維状突起物３の他の形成方法として、基材４４の表面１４４に形成したシード層から形成する方法がある。
【００３８】
以下に実施の形態１のセンサ基板１００２の効果を説明する。
【００３９】
従来のセンサ基板では、以下に説明するように検出精度が低くなる場合がある。
【００４０】
表面積を大きくするためのポーラス材料として、親水性が高い構造体を用いてもよい。親水性の高いポーラス材料では、反応場にプローブ物質を含む液体を滴下した際に液体の拡散速度が大きい。したがって液体が不用意な範囲にまで浸透し、結果としてプローブ物質の吸着が広範囲に広がって反応場が形成される領域が本来不要な範囲にまで広がる。これにより、その領域において単位面積当たりのプローブ物質吸着量が減ることとなり、結果として反応場の相互作用強度が下がるため検出感度も下がる。
【００４１】
一方、反応場が形成される領域において親水性が低い構造体を用いてもよい。この場合には、液体を滴下した際に液体が構造体の表面ではじかれるので、プローブ物質の吸着が必要量まで進まず、反応場の形成が不均一となり正確な濃度が判断出来なくなる。
【００４２】
さらに、上記センサ基板をアレイ状に配置してアレイ基板として用いた場合、センサ基板の表面の反応場の親水性が高い場合に液体が不用意に広がると、隣接する箇所に形成する隣のセンサ基板の表面の反応場に混ざってしまう可能性がある。これは、異なる種類のプローブ物質をそれぞれの反応場に形成したい場合においは、異なる反応場間の距離を短くすることができない。結果として同じアレイ基板上に多数の異なる反応場を形成出来なくなる。
【００４３】
このように液体が浸透するスポット径が広がってしまったり、液滴がはじかれてしまったりすることによって正確な解析が出来ず、結果としてセンサ基板の検出精度が低下する。
【００４４】
実施の形態１におけるセンサ基板１００２に０．０１μｍ〜１μｍの径を持つ繊維状突起物３を形成できるので、表面積の大きさを充分確保でき、感度を向上することができる。
【００４５】
さらに、繊維状突起物３の密度を自由端側領域９２と固定端側領域９１で大きく異ならせることにより、自由端側領域９２は、固定端側領域９１に比べて液体の拡散速度が大きい。したがって、自由端側領域９２の繊維状突起物３Ａには液体がはじけずに固定化され、固定端側領域９１の繊維状突起物３Ｂは液体である試料溶液の拡散を抑制する。
【００４６】
その結果、アレイ基板１００１の各センサ基板１００２の繊維状突起物３に固定された検出用物質と試料となる溶液とを相互作用させる際に、溶液のスポット径が広がることなく、繊維状突起物３上に確実に溶液が捕捉されるので、確実に検出用物質と試料との相互作用を起こすことができる。蛍光強度などによりその相互作用の度合いを確実に検出することができる。したがって、解析が正確になり、検出精度の高いセンサ基板１００２及びそれを用いたアレイ基板１００１を得ることができる。
【００４７】
また、繊維状突起物３は酸化珪素を主成分として含有しているので蛍光強度が低く、ノイズの発生を抑制することが出来る。さらに酸化珪素は安定な材料であるので、様々な表面処理を施すことができる。また、一回のプロセスで複数の繊維状突起物３を形成することができるので、生産性に優れる。
【００４８】
図６は実施の形態１における他のセンサ基板１００３の断面図である。図６において、図２に示すセンサ基板１００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。図６に示すセンサ基板１００３では、図２に示すセンサ基板１００２の複数の繊維状突起物３Ｂは互いに融着して、網目形状を有する固定端側領域９１を構成する。自由端側領域９２は空隙率が高く、固定端側領域９１の空隙率は自由端側領域９２より低くなっている。上記構成は、基材４４から発生するＳｉ系ガスと、気相側から拡散してくる酸素が反応して基材４４の表面１４４に繊維状突起物３を形成することで、容易に繊維状突起物３の断面方向に密度差を形成することができる。上記構成により、単位面積当たりの複数の繊維状突起物３の総表面積を増加することができる。
【００４９】
なお、上記構成は、熱処理において、まず１０００℃〜１１００℃で繊維状突起物３（３Ａ、３Ｂ）を形成し、その後、１２００度以上に温度を上げることにより、固定端側領域９１で繊維状突起物３（３Ａ、３Ｂ）が熱溶融され、融着されることにより繊維状突起物３（３Ａ、３Ｂ）を網目状に形成することができる。
【００５０】
もしくは例えば繊維状突起物３の形成時に適宜酸素濃度を変更させるなど、繊維状突起物３の成長条件を変えることにより長さ方向に密度差を生じさせることができる。
【００５１】
Ｐｔの代わりにシリコン粒子を基材４４の表面１４４に付着させて熱処理することにより繊維状突起物３を形成することができる。この方法では、シリコン以外のガラス等よりなる基材４４に繊維状突起物３を形成することができ、触媒を使用することなく繊維状突起物３を形成することができる。
【００５２】
シリコン粒子とは、例えばシリコン、一酸化シリコン粒子、あるいはシリコンの合金であるシリサイド粒子である。シリコン粒子の径は例えば、５μｍ以下で小さい方が好ましい。小さいシリコン粒子を用いることで、繊維状突起物３の形成時に必要となるシリコンの蒸発量を増大させることができる。シリコン粒子が付着した基材４４を、上記と同様の高温、低酸素濃度下で熱処理することにより、無触媒下で繊維状突起物３を形成することができる。
【００５３】
なお、一酸化シリコン粒子を用いることにより上記温度より低い温度である９００度程度であっても繊維状突起物３を形成することができる。
【００５４】
低酸素濃度は、例えば全圧１０００Ｐａ〜５０００Ｐａ時における酸素分圧が５０Ｐａ以下程度であることが望ましい。
【００５５】
なお、上記熱処理において、昇温過程においては出来るだけ酸素を取り除いた雰囲気で基材４４を熱処理し、昇温後の温度維持過程においては少量の酸素を追加した低酸素分圧の雰囲気で基材４４を熱処理することにより、繊維状突起物３の生産性が向上する。
【００５６】
また、上記方法によると繊維状突起物３は、シリコン粒子と熱処理で供給される酸素ガスとを原料とするので、結晶性のシリコンウエハを用いる必要は無く、センサ基板１００２の低コスト化を実現できる。
【００５７】
また、繊維状突起物３は、用途に応じた様々な材料よりなる基材４４上に形成できる。繊維状突起物３を例えばサファイヤ、ガラス（石英）などの透明な材料よりなる基材４４上に形成することで透過光による観察が可能になり、また位置合わせが容易になるなど操作性が向上する。
【００５８】
あるいは、繊維状突起物３はガラスファイバーシートなどのフレキシブルな材料よりなる基材４４上に形成させることができる。
【００５９】
また、シリコン粒子をバインダ等と混合し，印刷、インクジェット法等により、任意の場所のみにシリコン粒子を配置することで、繊維状突起物３を任意の場所のみに容易に形成することができる。
【００６０】
なお、シリコン粒子を用いて繊維状突起物３を形成する場合、シリコンからなる基材４４を用いなくても繊維状突起物３を形成できる。たとえば、シリコン粒子を実施の形態１で述べたような低酸素濃度、高温雰囲気下に投入するとシリコン粒子が蒸発を起こし繊維状突起物３に化学変化を起こす。
【００６１】
このとき、シリコン粒子の大きさ、酸素雰囲気、高温雰囲気などを変えることで繊維状突起物３の表面積を変えることができるので、基材４４に繊維状突起物３を塗布する際に表面積を領域によって変更することができる。
【００６２】
このように、シリコン粒子より繊維状突起物３を形成する場合は、基材４４にシリコン粒子をあらかじめつける必要がないので、基材４４の耐熱性に制限されることなく、さまざまな材料の基材４４に繊維状突起物３を塗布させることができる。なお、この場合には、基材４４と繊維状突起物３は直接接合はしていないが、繊維状突起物３の塗布後、温度を所定の値まで上げることで繊維状突起物３を基材４４に直接接合できる場合もある。例えば、基材４４がガラスよりなる場合、５００℃程度にまで温度を上げることで繊維状突起物３を基材４４に直接接合させることができる。
【００６３】
ＩＴＯ基板などの光透過性の電極を形成した基材４４上に繊維状突起物３を形成することにより、電場を印加しながら電気的計測により反応場における相互作用の検査を行うことが可能である。
【００６４】
また、シリコン粒子の表層部のみに繊維状突起物３を形成することが出来る。その場合、シリコン粒子層の上に繊維状突起物３よりなる層が形成されるので，繊維状突起物３の層が極めて薄い場合でも破壊することなく形成することができる。
【００６５】
（実施の形態２）
図７は実施の形態２におけるセンサ基板１００４の断面図である。センサ基板１００４はろ過フィルターとして機能する。図７において、図２に示す実施の形態１におけるセンサ基板１００２と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００６６】
センサ基板１００４は、基材４４と、基材４４の上面１４４に直接接合する複数の繊維状突起物３とを備える。複数の繊維状突起物３は酸化珪素を主成分としている。基材４４には上面１４４からその反対側の下面２４４まで貫通する複数の貫通孔４５が形成されている。
【００６７】
センサ基板をろ過フィルターとして用いる場合は、センサ基板は通常ポーラス材料によって構成することができる。ポーラス材料を用いたセンサ基板は、どの部分においてもポーラス状態に差がほとんど生じていないので、液体が浸透する際に不用意に広がってしまったり、浸透が不十分であったりする場合がある。
【００６８】
液体をろ過し貫通孔に通すためには、液体が繊維状物質上に滴下される際に、不用意に広がることなく、必要な領域の繊維状物質のみに浸透することができる必要がある。すなわち、溶液をろ過する際に、フィルターとなる繊維状物質の保水率が高すぎると効率的に液体をろ過できなくなる、一方で、フィルターとなる繊維状物質の保水率が低く、撥水性であると、溶液が飛び散ってしまう恐れがある。
【００６９】
実施の形態２におけるセンサ基板１００４では、液体が自由端側領域９２に滴下され、貫通孔４５を通って基材４４の下面２４４に到る。センサ基板１００４では、自由端側領域９２に形成された繊維状突起物３（３Ａ）は高い保水率を有するので、液体が浸透する際に溶液が飛び散ってしまうことを低減することができる。さらに、固定端側領域９１に位置する繊維状突起物３（３Ａ，３Ｂ）は低い保水率を有するので、液体が浸透する際に不用意に広がってしまうことを低減することができる。このように液体を効率的にろ過させる構造となっているので、センサ基板１００４は高いフィルター効率を有する。
【００７０】
なお、本発明は実施の形態１、２に限定されるものではない。
【００７１】
実施の形態１、２において、「上面」「下面」等の方向を示す用語は、基材４４や繊維状突起物３等のセンサ基板の構成部材の相対的な方向にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明におけるセンサ基板は高い検出精度を有し、ＤＮＡアレイ基板やプロテインアレイ基板等のアレイ基板やフィルターとして有用である。
【符号の説明】
【００７３】
３，３Ａ，３Ｂ    繊維状突起物
４４    基材
４５    貫通孔
９１    固定端側領域
９２    自由端側領域
１０３    固定端
２０３    自由端
１００１    アレイ基板
１００２，１００３，１００４    センサ基板
【図１】
2011142109.tif 000003
【図２】
2011142109.tif 000004
【図３Ａ】
2011142109.tif 000005
【図３Ｂ】
2011142109.tif 000006
【図３Ｃ】
2011142109.tif 000007
【図４】
2011142109.tif 000008
【図５】
2011142109.tif 000009
【図６】
2011142109.tif 000010
【図７】
2011142109.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月1日(2012.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
センサ基板においては検出用物質の検出感度の向上のために、検出用物質と相互作用が発生する反応場における相互作用強度を上げる必要がある。一方、センサ基板上に反応場を形成するためには、検出用物質と選択的に結合するプローブ物質をセンサ基板の表面に吸着させておく方法が広く行われている。そして、反応場における相互作用強度を上げるための一つの手段として、センサ基板の表面に吸着させるプローブ物質の量を増やす、つまり単位面積あたりのプローブ量を増やすことが必要である。しかしながら、単位面積あたりに吸着できるプローブ量には限界がある。さらに相互作用強度を上げる手段として、センサ基板に表出する表面積を増やす方法がある。例えば、反応場となるセンサ基板の表面を粗面化、多孔質化する、またはセンサ基板上にアガロース、ニトロセルロース、ガラス繊維などのポーラス材料を貼り付けることで、表面積を増やすことができる。これらの方法により、センサ基板に表出する表面積が大きくなり、プローブ物質の吸着量が増えるので、反応場における相互作用強度が大きくなる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図２は図１に示すアレイ基板１００１（センサ基板１００２）の線２−２における断面図である。センサ基板１００２の辺の長さ又は直径は１００μｍ〜３００μｍ程度である。センサ基板１００２は、例えば、シリコンからなる基材４４と、基材４４の上面１４４に直接接合する複数の繊維状突起物３とを備える。複数の繊維状突起物３は酸化珪素を主成分として含有する。「直接接合」とは、基材４４上に繊維状突起物３が直接形成され、基材４４と繊維状突起物３を構成する原子または分子が直接結合している状態を指し、この状態では通常は分子間が共有結合をしている。実施の形態１では、基材４４の表面（上面）１４４の珪素原子と繊維状突起物３中の珪素原子とが雰囲気中の酸素原子を介して共有結合している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
固定端側領域９１での単位面積あたりの繊維状突起物３の数（繊維状突起物３Ａ、３Ｂの数の合計）である密度は、自由端側領域９２での単位面積あたりの繊維状突起物３Ａの数である密度より高い。実施の形態１によるセンサ基板１００２では、自由端側領域９２に存在する繊維状突起物３Ａの密度は１００００本／ｍｍ２より少なく、固定端側領域９１に存在する繊維状突起物３の数が１００００本／ｍｍ２より多いことが望ましい。したがって、固定端側領域９１に存在する繊維状突起物３の表面積の合計である総表面積（繊維状突起物３Ａ、３Ｂの総表面積）は、自由端側領域９２に存在する繊維状突起物３の総表面積に比べて大きくなる。したがって、液体を滴下した際に、固定端側領域９１に比べて自由端側領域９２において複数の繊維状突起物３の液体に接する総表面積がより小さい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
基材４４の表面１４４に触媒として、例えばＰｔをスパッタリングすることにより触媒層を成膜する。Ｐｔよりなる触媒層の膜厚は１ｎｍ〜２０ｎｍ程度が望ましい。この膜厚を制御することにより繊維状突起物３の径や成長速度を制御することができる。その後、温度１０００℃〜１２００℃、酸素分圧１Ｐａ〜１０００Ｐａの雰囲気で基材４４を熱処理することにより、触媒層が粒子化し、基材４４に繊維状突起物３を形成することができる。生産性や、繊維状突起物３の耐熱性を考慮すると、上記の熱処理では、温度１１００℃〜１２００℃、酸素分圧１０Ｐａ〜２００Ｐａの雰囲気で基材４４を熱処理することがより好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
あるいは、繊維状突起物３は、上記熱処理工程における酸素ガスの拡散方向に沿うようにして形成することができる。酸素分圧が高いと複数の繊維状突起物３が互いに絡み合うように密集し、それぞれ縮れた形状となる。酸素分圧が低いと複数の繊維状突起物３が互いに同方向に配向した形状となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
さらに、上記センサ基板をアレイ状に配置してアレイ基板として用いた場合、センサ基板の表面の反応場の親水性が高い場合に液体が不用意に広がると、隣接する箇所に形成する隣のセンサ基板の表面の反応場に混ざってしまう可能性がある。これは、異なる種類のプローブ物質をそれぞれの反応場に形成したい場合においては、異なる反応場間の距離を短くすることができない。結果として同じアレイ基板上に多数の異なる反応場を形成出来なくなる。
【国際調査報告】
2011142109.tif 000012
2011142109.tif 000013
2011142109.tif 000014
2011142109.tif 000015